EP1338449B1 - Vehicle air conditioning system, especially CO2-air conditioning system - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a vehicle air conditioning according to the preamble of claim 1
- Air conditioners can also be used as additional heating, i. operate in so-called heat pump circuit. This means of course a function reversal of conventional air conditioning systems, where as Refrigerant R 134a is used.
- the operation of conventional Air conditioning in heat pump circuit has a relatively high Circuit and control effort result. Furthermore, it is the heat output, especially at very low outside temperatures, Unsatisfactory, since the evaporation pressure due to temperature decreases to the negative pressure range. This will be the Suction density and converted power correspondingly low.
- the starting point of a corresponding air conditioning system is the conventional heating circuit of a vehicle on the one hand and the refrigerant circuit of a CO 2 air conditioning system on the other hand according to FIG 7.
- FIG 7 shows a possible arrangement for the heating circuit of a motor vehicle and the system scheme or the refrigerant circuit of a CO 2 air conditioning, which is designed solely for a cooling operation.
- the heating circuit comprises an engine 1, a heating heat exchanger 2, a circulation pump 3, which is usually the main water pump of the engine 1, and a two-way valve 4.
- For the refrigeration cycle are essential components with an evaporator 5, a compressor 6, a refrigerant cooler 7, an inner heat exchanger 8 and an expansion valve 9 are shown.
- the heating heat exchanger 2 can be bridged by a by-pass line, wherein the two-way valve 4 is arranged between this by-pass line and the heating heat exchanger 2, in particular heating heat exchanger. By appropriate switching of this valve, the cooling water can be passed either through the heating heat exchanger 2 or on this.
- a heating operation is with the above-described air conditioner not possible according to FIG.
- An air conditioner that except for cooling the passenger compartment in the Summer can also be used as heating is from the DE 100 06 513 A1, which forms the basis for the preamble of Patent claim 1 forms known.
- the air conditioning according to the DE 100 06 513 A1 essentially comprises a compressor, a Refrigerant cooler, an internal heat exchanger between coolant cooler and evaporator side, an expansion valve and a Evaporator, wherein to switch the air conditioning from the cooling mode in the heating mode with an engine-side cooling circuit integrated additional heat exchanger integrated is.
- the additional heat exchanger is an expansion valve downstream, by means of the heating mode Refrigerant can be throttled to a lower pressure.
- the present Invention Based on this prior art is the present Invention, the object of a structurally simple as possible Specify a solution for bridging the expansion valve, the air conditioning is easily converted by a cooling operation in a heating mode and vice versa is switchable.
- An essential point of the invention is therefore that a By-pass line in front of one arranged in the refrigerant line Shut off valve and connected to the input side of Compressor immediately, i. Bridging the rest Refrigerant circuit is fluidly connected. This is a constructive simple solution of the problem underlying the invention guaranteed.
- the air conditioning system of Figure 1 is compared to the prior art of Figure 3 modified to the effect that a heating operation with the then operating as a heat pump air conditioning is possible.
- an additional heat exchanger 10 is provided, which is integrated for deheating the gaseous refrigerant and for transferring the heat to a cooling water circuit.
- the cooling water circuit is identified by the reference numeral 17.
- the additional heat exchanger 10 so there is a heat exchange between the refrigerant circuit on the one hand and motor-side cooling water circuit on the other.
- the heated to high temperature refrigerant, namely CO 2 comes from the heat exchanger 10 upstream compressor 6.
- the additional heat exchanger 10 is followed by an expansion valve 14, by means of which the refrigerant can be throttled to a lower pressure during heating operation.
- the expansion valve 14 is in a by-pass line, which branches off from the refrigerant line 13 between the additional heat exchanger 10 and the refrigerant cooler 7.
- This by-pass line is identified by the reference numeral 15. It is connected in parallel to the aforementioned coolant line while bridging a shut-off valve 11 arranged in the latter.
- the shut-off valve 11 serves to shut off the free refrigerant passage between the additional heat exchanger 10 and refrigerant radiator 7.
- the expansion valve 14 is effective, by which the pressure of the refrigerant is throttled so far that serving as a refrigerant radiator in the climate case heat exchanger 7 absorbs heat in heat pump mode as an evaporator ambient heat.
- the mode of operation in heating mode is as follows:
- the compressor 6 compresses the refrigerant, namely CO 2 , to a high final pressure of about 80-120 bar.
- the compression end temperatures are deliberately kept high, so that sufficient heat can be transferred to the motor side heating water circuit 17 in the additional heat exchanger 10, which then the heating heat exchanger 2 is supplied to the passenger compartment.
- the refrigerant, ie CO 2 is throttled by the additional heat exchanger 10 downstream expansion valve 14 to a lower pressure of, for example, about 20 bar in the wet steam area and evaporates in the refrigerant cooler 7 at lower temperatures.
- the refrigerant absorbs environmental heat.
- the inner heat exchanger 8 and the evaporator 5 are flowed through without appreciable heat exchange.
- the valve 12 is flowed through virtually without pressure loss and thus without pressure change.
- the refrigerant evaporates and thus absorbs heat from the ambient air, which is supplied to the passenger compartment.
- the suction gas is superheated and fed to the compressor 6.
- the refrigerant is compressed to a pressure of eg 70-120 bar and reaches a final compression temperature of up to and above 150 ° C.
- the refrigerant is then re-enticed in the additional heat exchanger 10 and flows through the open shut-off valve 11 into the downstream refrigerant cooler 7, namely pre-cooled energetically, so that only a proportionate cooling of the refrigerant must be carried out in the refrigerant cooler 7.
- the refrigerant is then further subcooled in the inner heat exchanger and throttled expansion valve 9 to the evaporation pressure.
- the shut-off valve 12 in the by-pass line 18 is closed.
- both the additional heat exchanger 10 and the refrigerant cooler 7 are available for cooling the refrigerant or CO 2 gas.
- the cooling operation is energetically cheaper than in a pure cooling circuit of Figure 3.
- This side effect can be used to use a cheaper refrigerant radiator or to improve the energy efficiency of the entire system.
- the heat that is transferred from the additional heat exchanger 10 to the cooling water circuit 17, can be in the bypass pass to the heating heat exchanger 2 directly to the engine 1. During warm-up, at low loads and during warm-up, this heat serves to keep the engine at an energy-efficient operating temperature and thereby save fuel. If the engine is warm, the heat is dissipated via the engine radiator not shown here.
- Residual heat that does not transfer to the passenger compartment in heating mode is used in cold engine, this in addition to heat up and into an energetically favorable operating point bring.
- the variant according to Figure 2 is characterized in that of the refrigerant line 13 between additional heat exchanger 10 and refrigerant cooler 7 branches off a by-pass line 15, in front of a disposed in the mentioned refrigerant line 13 Shut-off valve 11.
- the by-pass line 15 is connected to the Input side of the compressor 6 directly, i. under bridging the other coolant circuit fluidly connected.
- Expansion valve 9 between the inner heat exchanger 8 and Evaporator 5 it is not necessary to further Expansion valve 9 between the inner heat exchanger 8 and Evaporator 5 to bridge.
- an expansion valve 16 is arranged in the by-pass line 15, an expansion valve 16 is arranged.
- the embodiment of Figure 2 is characterized by a hot gas bypass circuit in heating operation conditionally through the direct connection between the refrigerant outlet the additional heat exchanger 10 and the input of the Compressor 6.
- the votes in the additional heat exchanger 10 Power corresponds to the power absorbed by the compressor 6.
- the expansion valve 16 must during be closed normal cooling operation.
- the by-pass line 15 in the embodiment of Figure 2 as Capillary perform that has a sufficient throttle effect. In this case, it would suffice for the valve 16 a easy to use shut-off valve. As already mentioned, can on the shut-off valve 12 for bypassing the expansion valve.
- valves can be in the circuits described also specifically to realize a dehumidifying operation in which the Evaporator 5 dehumidified and reheated 2 heat exchanger becomes.
- shut-off valves can of course also in intermediate positions be brought depending on the desired operating condition.
- FIGS. 5 and 6 To safely avoid problems with the flow through the Evaporator 5 under heating operation in the embodiment according to FIG. 1, in FIGS. 5 and 6, is a bypass of the evaporator 5 intended.
- the by-pass line 18 with by-pass valve 12 bridged either the inner heat exchanger 8 and evaporator. 5 ( Figure 5) or the expansion valve and evaporator 5 ( Figure 6), So in any case, the evaporator. 5
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Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.The invention relates to a vehicle air conditioning according to the preamble
of
Fahrzeugklimaanlagen dienen primär zur Kühlung des Fahrgastraumes im Sommer. Für den Winterbetrieb sind Klimaanlagen meist nicht geeignet. Dabei zeigt sich, daß moderne Fahrzeuge mit verbrauchsarmen Motoren im Winter eine unbefriedigende Heizleistung aufweisen. Zur Abhilfe werden insbesondere bei diesen Fahrzeugen Zusatzheizungen serienmäßig eingebaut. Grundsätzlich lassen sich auch Klimaanlagen als Zusatzheizung einsetzen, d.h. in sog. Wärmepumpenschaltung betreiben. Dies bedeutet natürlich eine Funktionsumkehr herkömmlicher Klimaanlagen, bei denen als Kältemittel R 134a verwendet wird. Der Betrieb herkömmlicher Klimaanlagen in Wärmepumpenschaltung hat einen relativ hohen Schaltungs- und Steuerungsaufwand zur Folge. Des weiteren ist die Heizleistung, insbesondere bei sehr niedrigen Außentemperaturen, unbefriedigend, da der Verdampfungsdruck temperaturbedingt bis in den Unterdruckbereich absinkt. Damit werden die Saugdichte und umgesetzte Leistung entsprechend gering. Vehicle air conditioning systems are primarily used to cool the passenger compartment in summer. For winter operation, air conditioning systems are usually not suitable. It turns out that modern vehicles with low-consumption engines in winter unsatisfactory heating power exhibit. To remedy this particular Vehicles additional heaters installed as standard. in principle Air conditioners can also be used as additional heating, i. operate in so-called heat pump circuit. This means of course a function reversal of conventional air conditioning systems, where as Refrigerant R 134a is used. The operation of conventional Air conditioning in heat pump circuit has a relatively high Circuit and control effort result. Furthermore, it is the heat output, especially at very low outside temperatures, Unsatisfactory, since the evaporation pressure due to temperature decreases to the negative pressure range. This will be the Suction density and converted power correspondingly low.
Bei Einsatz von CO2 als Kältemittel lassen sich günstigere Voraussetzungen schaffen. Untersuchungen haben gezeigt, daß im Wärmepumpenbetrieb mit CO2 sich hohe Heizleistungen erzielen lassen. Des weiteren ist der Schaltungsaufwand erheblich einfacher als bei R 134a-Klimaanlagen.When using CO 2 as a refrigerant can create more favorable conditions. Investigations have shown that high heat outputs can be achieved in heat pump operation with CO 2 . Furthermore, the circuit complexity is much easier than R 134a air conditioners.
Der Ausgangspunkt einer entsprechenden Klimaanlage ist der herkömmliche
Heizkreislauf eines Fahrzeugs einerseits und Kältemittelkreislauf
einer CO2-Klimaanlage andererseits entsprechend
Figur 7. Figur 7 zeigt eine mögliche Anordnung für den Heizkreislauf
eines Kraftfahrzeuges und das Anlagen-Schema bzw. den
Kältemittelkreislauf einer CO2-Klimaanlage, die allein für einen
Kühlbetrieb ausgelegt ist. Der Heizkreislauf umfasst einen
Motor 1, einen Heizwärmetauscher 2, eine Umwälzpumpe 3, bei der
es sich üblicherweise um die Hauptwasserpumpe des Motors 1 handelt,
und ein Zwei-Wege-Ventil 4. Für den Kühlkreislauf sind
wesentlichen Komponenten mit einem Verdampfer 5, einem Verdichter
6, einem Kältemittelkühler 7, einem inneren Wärmetauscher 8
und einem Expansionsventil 9 dargestellt. Der Heizwärmetauscher
2 ist durch eine By-pass-Leitung überbrückbar, wobei zwischen
dieser By-pass-Leitung und dem Heizwärmetauscher 2, insbesondere
Heizwärmetauscherauslaß das Zwei-Wege-Ventil 4 angeordnet
ist. Durch entsprechende Umschaltung dieses Ventils lässt sich
das Kühlwasser entweder durch den Heizwärmetauscher 2 oder an
diesem vorbei leiten.The starting point of a corresponding air conditioning system is the conventional heating circuit of a vehicle on the one hand and the refrigerant circuit of a CO 2 air conditioning system on the other hand according to FIG 7.
Ein Heizbetrieb ist mit der vorstehend beschriebenen Klimaanlage gemäß Figur 7 nicht möglich.A heating operation is with the above-described air conditioner not possible according to FIG.
Eine Klimaanlage, die außer zur Kühlung des Fahrgastraumes im
Sommer auch als Heizung Verwendung finden kann, ist aus der
DE 100 06 513 A1, welche die Grundlage für den Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 bildet, bekannt. Die Klimaanlage gemäß der
DE 100 06 513 A1 umfaßt im wesentlichen einen Verdichter, einen
Kältemittelkühler, einen inneren Wärmetauscher zwischen Kühlmittelkühler-
und Verdampferseite, ein Expansionsventil und einen
Verdampfer, wobei zur Umschaltung der Klimaanlage vom Kühlbetrieb
in den Heizbetrieb ein mit einem motorseitigen Kühlkreislauf
korrespondierender zusätzlicher Wärmetauscher integriert
ist. Ferner ist dem zusätzlichen Wärmetauscher ein Expansionsventil
nachgeordnet, mittels dem bei Heizbetrieb das
Kältemittel auf einen niedrigeren Druck drosselbar ist.An air conditioner that except for cooling the passenger compartment in the
Summer can also be used as heating is from the
Ferner ist aus der DE 198 18 649 A1 eine der vorstehend näher beschriebenen Klimaanlage ähnliche Klimaanlage bekannt. Auch die Klimaanlage gemäß DE 198 18 649 A1 kann sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen verwendet werden, wobei die Betonung bei der Klimaanlage gemäß der DE 198 18 649 A1 darauf liegt, die Kaltstarteigenschaften eines Fahrzeugs zu verbessern, d.h. beim Kaltstart eines Fahrzeugs sowohl den Motor als auch den Fahrzeuginnenraum schneller aufzuheizen.Furthermore, from DE 198 18 649 A1 one of the above closer described air conditioning similar air conditioning known. Also the air conditioner according to DE 198 18 649 A1 can both for cooling as well as for heating, the emphasis being on the air conditioner according to DE 198 18 649 A1 it is the To improve cold start characteristics of a vehicle, i. at the Cold start of a vehicle both the engine and the vehicle interior to heat up faster.
Den beiden vorstehend näher beschriebenen Klimaanlagen gemäß
DE 100 06 513 A1 und DE 198 18 649 A1 ist jedoch gemeinsam, daß
eine Überbrückung des Expansionsventils, die notwendig ist, um
einen herkömmlichen Kühlbetrieb der Klimaanlage gewährleisten
zu können, relativ kompliziert gelöst ist.The two air conditioners described in more detail above
However,
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv möglichst einfache Lösung zur Überbrückung des Expansionsventils anzugeben, wobei die Klimaanlage ohne großen Aufwand von einem Kühlbetrieb in einen Heizbetrieb und umgekehrt schaltbar ist.Based on this prior art is the present Invention, the object of a structurally simple as possible Specify a solution for bridging the expansion valve, the air conditioning is easily converted by a cooling operation in a heating mode and vice versa is switchable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klimaanlage mit
den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei bevorzugte konstruktive
Details in den Unteransprüchen beschrieben sind.This object is achieved by an air conditioner with
the features of
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist es demnach, daß eine By-pass-Leitung vor einem in der der Kältemittel-Leitung angeordneten Absperrventil abzweigt und mit der Eingangsseite des Verdichters unmittelbar, d.h. unter Überbrückung des übrigen Kältemittelkreislaufs fluidverbunden ist. Damit ist eine konstruktiv einfache Lösung der der Aufgabe zugrunde liegenden Erfindung gewährleistet.An essential point of the invention is therefore that a By-pass line in front of one arranged in the refrigerant line Shut off valve and connected to the input side of Compressor immediately, i. Bridging the rest Refrigerant circuit is fluidly connected. This is a constructive simple solution of the problem underlying the invention guaranteed.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent Claims.
Nachstehend werden zwei bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Klimaanlage anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1- eine erste Ausführungsform (Schaltschema) einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage;
Figur 2- eine zweite Ausführungsform (Schaltschema) einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage; und
Figuren 3 bis 6- weitere Abwandlungen (Schaltschemen) einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage.
- FIG. 1
- a first embodiment (circuit diagram) of a vehicle air conditioning system according to the invention;
- FIG. 2
- a second embodiment (circuit diagram) of a vehicle air conditioning system according to the invention; and
- FIGS. 3 to 6
- Further modifications (schematics) of a vehicle air conditioning system according to the invention.
Die Klimaanlage gemäß Figur 1 ist gegenüber dem Stand der Technik
nach Figur 3 dahingehend modifiziert, daß ein Heizbetrieb
mit der dann als Wärmepumpe arbeitenden Klimaanlage möglich
ist. Zu diesem Zweck ist ein zusätzlicher Wärmetauscher 10 vorgesehen,
der zum Enthitzen des gasförmigen Kältemittels und zum
Übertragen der Wärme an einen Kühlwasserkreislauf eingebunden
ist. Der Kühlwasserkreislauf ist mit der Bezugsziffer 17 gekennzeichnet.
Im zusätzlichen Wärmetauscher 10 erfolgt also ein
Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittelkreislauf einerseits und
motorseitigem Kühlwasserkreislauf andererseits. Das auf hohe
Temperatur erhitzte Kältemittel, nämlich CO2, stammt von dem
Wärmetauscher 10 vorgeschalteten Verdichter 6. Dem zusätzlichen
Wärmetauscher 10 ist ein Expansionsventil 14 nachgeordnet, mittels
dem bei Heizbetrieb das Kältemittel auf einen niedrigeren
Druck drosselbar ist. Konkret befindet sich das Expansionsventil
14 in einer By-pass-Leitung, die von der Kältemittel-Leitung
13 zwischen zusätzlichem Wärmetauscher 10 und Kältemittelkühler
7 abzweigt. Diese By-pass-Leitung ist mit der Bezugsziffer
15 gekennzeichnet. Sie ist parallel zur erwähnten
Kühlmittel-Leitung unter Überbrückung eines in dieser angeordneten
Absperrventils 11 geschaltet. Das Absperrventil 11
dient zur Absperrung des freien Kältemittel-Durchgangs zwischen
dem zusätzlichen Wärmetauscher 10 und Kältemittelkühler 7. In
der Sperrstellung des Ventils 11 ist das Expansionsventil 14
wirksam, durch das der Druck des Kältemittels soweit abgedrosselt
wird, daß der im Klimafall als Kältemittelkühler
dienende Wärmetauscher 7 im Wärmepumpenbetrieb als Verdampfer
Umgebungswärme aufnimmt. The air conditioning system of Figure 1 is compared to the prior art of Figure 3 modified to the effect that a heating operation with the then operating as a heat pump air conditioning is possible. For this purpose, an
Darüber hinaus sei erwähnt, daß im Kältemittelkreislauf zwischen
dem inneren Wärmetauscher 8 und dem diesem nachgeordneten
Verdampfer 5 ein weiteres Expansionsventil 9 angeordnet ist,
das bei Bedarf, nämlich Heizbetrieb durch eine By-pass-Leitung
18 mit Absperrventil 12 überbrückbar ist. Im Heizbetrieb wird
das üblicherweise wirksame Expansionsventil 9 durch die By-pass-Leitung
18 mit geöffnetem Absperrventil 12 überbrückt.In addition, it should be mentioned that in the refrigerant circuit between
the
Die Betriebsweise im Heizbetrieb ist wie folgt:
Der Verdichter 6 verdichtet das Kältemittel, nämlich CO2, auf
einen hohen Enddruck von etwa 80-120 Bar. Die Verdichtungsendtemperaturen
werden absichtlich hoch gehalten, so daß in dem
zusätzlichen Wärmetauscher 10 ausreichend Wärme an den motorseitigen
Heizwasserkreislauf 17 übertragen werden kann, die
dann über den Heizwärmetauscher 2 der Fahrgastzelle zugeführt
wird. Das Kältemittel, d.h. CO2, wird durch das dem zusätzlichen
Wärmetauscher 10 nachgeordnete Expansionsventil 14 auf eine
niedrigeren Druck von z.B. etwa 20 Bar in das Nassdampfgebiet
gedrosselt und verdampft im Kältemittelkühler 7 bei niedrigeren
Temperaturen. Dabei nimmt das Kältemittel Umweltwärme
auf. Der innere Wärmetauscher 8 und der Verdampfer 5 werden ohne
nennenswerten Wärmeaustausch durchströmt. Das Ventil 12 wird
praktisch ohne Druckverlust und damit ohne Druckänderung durchströmt.The mode of operation in heating mode is as follows:
The
Betriebsweise im Kühlbetrieb:
Im Verdampfer 5 verdampft das Kältemittel und nimmt so Wärme
aus der Umgebungsluft auf, die der Fahrgastzelle zugeführt
wird. Im inneren Wärmetauscher 8 wird das Sauggas überhitzt und
dem Verdichter 6 zugeführt. Das Kältemittel wird auf einen
Druck von z.B. 70-120 Bar verdichtet und erreicht eine Verdichtungsendtemperatur
von bis zu und über 150 °C. Das Kältemittel
wird anschließend im zusätzlichen Wärmetauscher 10 enthitzt und
strömt durch das geöffnete Absperrventil 11 hindurch in den
nachgeordneten Kältemittelkühler 7, und zwar energetisch bereits
vorgekühlt, so daß im Kältemittelkühler 7 lediglich eine
anteilige Kühlung des Kältemittels erfolgen muß. Das Kältemittel
wird dann im inneren Wärmetauscher weiter unterkühlt und
Expansionsventil 9 auf den Verdampfungsdruck gedrosselt. Beim
Kühlbetrieb ist das Absperrventil 12 in der By-pass-Leitung 18
geschlossen. Energetisch vorteilhaft stehen für die Kühlung des
Kältemittels bzw. CO2-Gases sowohl der zusätzliche Wärmetauscher
10 als auch der Kältemittelkühler 7 zur Verfügung. Damit
ist der Kühlbetrieb energetisch günstiger als bei einem reinen
Kühlkreislauf nach Figur 3. Dieser Nebeneffekt kann dazu genutzt
werden, einen kostengünstigeren Kältemittelkühler einzusetzen
oder die energetische Effizienz der Gesamtanlage zu
verbessern. Die Wärme, die vom zusätzlichen Wärmetauscher 10 an
den Kühlwasserkreislauf 17 übertragen wird, lässt sich im By-pass
um den Heizwärmetauscher 2 unmittelbar dem Motor 1 zuführen.
Im Lehrlauf, bei niedrigen Lasten und im Warmlauf dient
diese Wärme dazu, den Motor auf energetisch günstiger Betriebstemperatur
zu halten und damit Kraftstoff einzusparen. Ist der
Motor betriebswarm, wird die Wärme über den hier nicht näher
dargestellten Motorkühler abgeführt.Operating mode in cooling mode:
In the
Damit ist solch ein dem Verdichter nachgeschalteter, kühlwasserbeaufschlagter Wärmetauscher auch für eine CO2-Klimaanlage ohne Heizfunktion vorteilhaft. Neben dem Wärmetauscher, der als Enthitzer eingesetzt wird, sind dann keine zusätzlichen Ventile erforderlich. Diese Version wird als erfindungsgemäße Variante betrachtet und beansprucht.Thus, such a compressor downstream, Kühlwasserbeaufschlagter heat exchanger is also advantageous for a CO 2 air conditioning without heating function. In addition to the heat exchanger, which is used as a desuperheater, then no additional valves are required. This version is considered and claimed as a variant of the invention.
Wir der Motor an seinem thermischen Grenzbereich betrieben, was
bei hohen Fahrgeschwindigkeiten unter hoher Last der Fall ist,
so wird der Kältemittelkühler 7 luftseitig hinreichend gut
durchströmt, so daß der Verdichtungsenddruck niedrig genug ist
und die Verdichtungsendtemperatur ebenfalls niedrig ist. In
diesem Fall wird vom zusätzlichen Wärmetauscher 10 an den dann
ohnehin heißen Kühlwasserkreislauf keine Wärme mehr übertragen,
da die Temperaturdifferenz gering oder sogar negativ ist. Der
Motor wird dann thermisch nicht mehr zusätzlich belastet. Der
Motorkühler braucht daher nicht größer dimensioniert werden.We operated the engine at its thermal boundary area, which
at high speeds under high load,
so the
Restwärme, die im Heizbetrieb nicht an die Fahrgastzelle übertragen wird, dient bei kaltem Motor dazu, diesen zusätzlich zu erwärmen und in einen energetisch günstigen Betriebspunkt zu bringen.Residual heat that does not transfer to the passenger compartment in heating mode is used in cold engine, this in addition to heat up and into an energetically favorable operating point bring.
Die Variante gemäß Figur 2 zeichnet sich dadurch aus, daß von
der Kältemittel-Leitung 13 zwischen zusätzlichem Wärmetauscher
10 und Kältemittelkühler 7 eine By-pass-Leitung 15 abzweigt,
und zwar vor einem in der erwähnte Kältemittel-Leitung 13 angeordneten
Absperrventil 11. Die By-pass-Leitung 15 ist mit der
Eingangsseite des Verdichters 6 unmittelbar, d.h. unter Überbrückung
des übrigen Kühlmittelkreislaufs fluidverbunden.The variant according to Figure 2 is characterized in that of
the
Bei dieser Ausführungsform ist es nicht erforderlich, das weitere
Expansionsventil 9 zwischen innerem Wärmetauscher 8 und
Verdampfer 5 zu überbrücken.In this embodiment, it is not necessary to further
Expansion valve 9 between the
In der By-pass-Leitung 15 ist ein Expansionsventil 16 angeordnet.
Die Ausführungsform nach Figur 2 zeichnet sich also durch
einen Heißgas-By-pass-Kreislauf im Heizbetrieb aus bedingt
durch die unmittelbare Verbindung zwischen dem Kältemittel-Ausgang
des zusätzlichen Wärmetauschers 10 und dem Eingang des
Verdichters 6. Die im zusätzlichen Wärmetauscher 10 abgegebene
Leistung entspricht der vom Verdichter 6 aufgenommenen Leistung.
Ein Wärmepumpenbetrieb durch Aufnahme zusätzlicher Umweltwärme
liegt nicht vor. Das Expansionsventil 16 muß beim
normalen Kühlbetrieb geschlossen sein. Es im übrigen denkbar,
die By-pass-Leitung 15 bei der Ausführungsform nach Figur 2 als
Kapillare auszuführen, die eine hinreichende Drosselwirkung besitzt.
In diesem Fall würde es genügen, für das Ventil 16 ein
einfaches Absperrventil zu verwenden. Wie bereits erwähnt, kann
auf das Absperrventil 12 zur Umgehung des Expansionsventils 9
zwischen innerem Wärmetauscher 8 und Verdampfer 5 verzichtet
werden. Vereisungsprobleme, die luftseitig am Kältemittelkühler
7 nicht völlig auszuschließen sind, können mit dieser Schaltung
vorteilhaft gegenüber anderen Schaltungen vermieden werden.
Weiterhin können Probleme durch Vereisungen und Restfeuchte am
Verdampfer 5 vermieden werden.In the by-
Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß Wärmepumpenschaltungen,
die auf einer einfachen Kreislaufumkehr beruhen, häufig zu
Problemen mit Restfeuchte auf der Verdampferoberfläche führen,
die vom Klimabetrieb herrührt. Bei Umschaltung von Klima- bzw.
Kühlbetrieb in den Heizbetrieb wird diese Feuchte dann von dem
nun als Heizung verwendeten Verdampfer 5 der Klimaanlage freigesetzt
und kann zu plötzlichem sicherheitsrelevantem Beschlag
an den Scheiben des Kraftfahrzeuges führen. Man nennt dies auch
"flash-fogging". Auch sind Geruchsbelästigungen denkbar.It should be mentioned at this point that heat pump circuits,
which are based on a simple cycle reversal, often too
Cause problems with residual moisture on the evaporator surface,
which comes from the air conditioning operation. When switching from climate or
Cooling operation in the heating mode, this moisture is then from the
now used as a
Bei den hier beschriebenen Anlagen bzw. Schaltungen sind die
vorgenannten Probleme ausgeschlossen, da der Verdampfer 5 stets
kühl gehalten und die Wärme im wasserbeaufschlagten Heizwärmetauscher
übertragen werden. Je nach Ausführung und Ansteuerung
der Ventile lässt sich bei den beschriebenen Schaltungen auch
ganz gezielt ein Entfeuchtungsbetrieb realisieren, bei dem im
Verdampfer 5 entfeuchtet und Heizwärmetauscher 2 nachgeheizt
wird.In the plants or circuits described here are the
aforementioned problems excluded because the
Es sei ferner als weiterer Vorteil erwähnt, daß anders als bei bekannt gewordenen Wärmepumpen-Schaltungen mit dem Kältemittel CO2, die das Kühlwasser des Motors als Wärmequelle verwenden, dem Kühlwasser keine Wärme entzogen wird. Damit heizt sich der Motor schnellstmöglich auf und auf die Zuheizung kann vorteilhaft frühzeitig verzichtet werden. It should also be mentioned as a further advantage that, unlike in known heat pump circuits with the refrigerant CO 2 , which use the cooling water of the engine as a heat source, the cooling water no heat is removed. This heats up the engine as quickly as possible and the additional heating can advantageously be dispensed with at an early stage.
Als vorteilhaft zur schnelleren Aufheizung der Fahrgastkabine
hat sich die zeitweilige Trennung vom Motor- und Heißwasserkreislauf
z.B. nach Fig. 3 oder 4 erwiesen. Die Wärme wird
von der Wärmepumpe bzw. der Heißgas-by-pass-Schaltung nur zur
Aufheizung des kleinen Heizwasser-Kreislaufs verwendet. Ein
schnelles Aufheizen ist die Folge. Ist die Kühlwassertemperatur
hinreichend angestiegen, wird die Anlage wieder umgeschaltet
und die Motorabwärme wird zum Heizen verwendet. Diese vorgenannte
Umschaltung wird durch eine by-pass-Schaltung 19 im
Heizwasser-Kreislauf zwischen Motor 1 und Pumpe 3 einerseits
und der Rücklaufleitung zwischen Heizwärmetauscher 2 und Motor
1 andererseits erhalten, wobei entweder an letztgenannter Abzweigung
ein Zwei-Wege-Ventil 20 (Fig. 3) oder an erstgenanntem
Anschluß ein Zwei-Wege-Ventil 21 (Fig. 4) vorgesehen ist, mit
dem die vorbeschriebene Umschaltung möglich ist.As advantageous for faster heating of the passenger cabin
has the temporary separation from the engine and hot water cycle
e.g. proved according to Fig. 3 or 4. The heat will
from the heat pump or the hot gas-by-pass circuit only to
Heating of the small heating water circuit used. One
quick heating up is the result. Is the cooling water temperature
sufficiently increased, the system is switched again
and the engine waste heat is used for heating. These aforementioned
Switching is done by a by-
Die erwähnten Absperrventile können natürlich auch in Zwischenstellungen gebracht werden abhängig vom gewünschten Betriebszustand.The aforementioned shut-off valves can of course also in intermediate positions be brought depending on the desired operating condition.
Zur sicheren Vermeidung von Problemen bei der Durchströmung des
Verdampfers 5 unter Heizbetrieb bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 1, ist in Fig. 5 und 6 eine Umgehung des Verdampfers 5
vorgesehen. Die by-pass-Leitung 18 mit by-pass-Ventil 12 überbrückt
entweder den inneren Wärmetauscher 8 und Verdampfer 5
(Fig. 5) oder das Expansionsventil und Verdampfer 5 (Fig. 6),
also in jedem Fall den Verdampfer 5.To safely avoid problems with the flow through the
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. All features disclosed in the application documents become as claimed essential to the invention, as far as they individually or in combination with the prior art.
- 11
- Motorengine
- 22
- Heizwärmetauscherheating heat exchanger
- 33
- Pumpepump
- 44
- Zwei-Wege-VentilTwo-way valve
- 55
- VerdampferEvaporator
- 66
- Verdichtercompressor
- 77
- Wärmetauscher bzw. KältemittelkühlerHeat exchanger or refrigerant cooler
- 88th
- innerer Wärmetauscherinternal heat exchanger
- 99
- Expansionsventilexpansion valve
- 1010
- zusätzlicher Wärmetauscheradditional heat exchanger
- 1111
- Absperrventilshut-off valve
- 1212
- Absperrventilshut-off valve
- 1313
- Kältemittel-LeitungRefrigerant piping
- 1414
- Expansionsventilexpansion valve
- 1515
- By-pass-LeitungBy-pass line
- 1616
- Expansionsventilexpansion valve
- 1717
- KühlwasserkreislaufCooling water circuit
- 1818
- By-pass-LeitungBy-pass line
- 1919
- By-pass-LeitungBy-pass line
- 2020
- Zwei-Wege-VentilTwo-way valve
- 2121
- Zwei-Wege-VentilTwo-way valve
Claims (3)
- Vehicle air-conditioning system, especially a CO2 air-conditioning system, the coolant circuit of which comprises the following components:compressor (6),coolant cooler (7),internal heat exchanger (8) between the coolant cooler side and evaporator side,expansion valve (9) andevaporator (5), wherein
there is integrated, for switching over the air-conditioning system from cooling operation to heating operation, an additional heat exchanger (10) associated with an engine-side cooling circuit (17), an expansion valve (14, 16) being arranged downstream of the additional heat exchanger (10), by means of which expansion valve the coolant can be throttled to a lower pressure during heating operation, and wherein
the expansion valve (14; 16) is part of a by-pass line (15) branching off from the coolant line (13),the additional heat exchanger (10) is integrated between the compressor (6) and the coolant cooler (7),the by-pass line (15) branches off, from the coolant line, between the additional heat exchanger (10) and the coolant cooler (7), andthe by-pass line (15) branches off before a shut-off valve (11) arranged in the coolant line (13) and is in fluid communication with the inlet side of the compressor (6) directly, that is to say shunting the rest of the coolant circuit. - Air-conditioning system according to claim 1,
characterised in that
a further expansion valve (9) is arranged in the coolant circuit between the internal heat exchanger (8) and the evaporator (5), which further expansion valve is arranged to be shunted, when required, especially during heating operation, by a by-pass line (18) having a shut-off valve (12). - Air-conditioning system according to one of claims 1 or 2,
characterised in that
an engine-side heating heat exchanger (2) is arranged to be shunted by a by-pass line, the redirection of the cooling medium, especially cooling water, being effected by means of a two-way valve (4) arranged between the by-pass line and the heating heat exchanger (2), especially the heating heat exchanger inlet or outlet.
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